《15歲,成為國寶級天才科學家》第587章 高熵合金(1)

作者:制式希余·1小時前

長達兩百六十米的楔形骨架,從艦艏一直延伸到艦尾。

主承力結構由十二道環形加強框和七根縱向龍骨梁組成,框與梁之間再用高熵合金梯度節點連線,形成了一個半剛性的箱型結構。

骨架的外面再覆蓋陶瓷基蜂窩夾層板,最外層貼的是可重複使用的熱防護蒙皮。

整個外殼系統的總設計師是韓熹,但是具體到每一條焊縫、每一個連線節點的力學設計,鄒楊帶著結構組已經做了幾百輪迭代了。

遠航號的艦體主結構,設計要求極其苛刻。

整艘飛船兩百六十米長,幹質量控制在八千噸以內,意味著外殼框架的質量佔比不能超過總質量的百分之十五。

換算下來,主結構的總質量必須得壓在一千兩百噸以下才行。

而承載的載荷包括聚變堆芯、磁噴管、儲能環、熱輻射板、乘員艙、生保系統、燃料儲罐等等,總重將近七千噸。

也就是說,這個框架得用一千兩百噸的材料,穩穩當當地扛住七千多噸的載荷,還要在深空環境裡保持結構完整性,承受從零下兩百多度到上千度的溫差迴圈,抵抗微隕石撞擊,遮蔽宇宙輻射,同時還得讓聚變推進系統產生的高能粒子流和強磁場不受干擾地穿過去。

這幾個要求放在一起,基本上是在說:給我造一個比鋁還輕、比鈦還強、比陶瓷還耐熱、比銅還導電、還不會被磁化的東西。

目前全球根本沒有任何一種材料能同時滿足這些條件。

韓熹團隊選了高熵合金加碳纖維增強陶瓷複合材料的路線。

高熵合金是由五種以上的金屬元素按等原子比混合而成的,晶格畸變效應讓它同時具備了高強度、高韌性和優異的高溫效能。

而碳纖維增強陶瓷複合材料則在低密度和抗熱衝擊方面有著天然優勢。

兩種材料透過介面工程結合在一起,理論上能形成一種既輕又強、既能導熱又不導磁的複合結構。

理論上確實很美,但是工程上卻很殘酷。

高熵合金的製備需要極高的冷卻速率來抑制晶粒長大。

冷卻慢了,晶粒粗化,強度直接腰斬;冷卻快了,熱應力裂紋控制不住,整塊料報廢。

韓熹團隊試了七種冷卻工藝,目前最好的一爐,成品率也只有三成而已。

而碳纖維陶瓷介面的結合強度就更麻煩。

碳纖維和陶瓷基體的熱膨脹係數根本不匹配,只要溫度稍有變化介面就會裂開。

韓熹用了三層梯度過渡層,從纖維表面到陶瓷基體,熱膨脹係數逐步過渡,算是把介面結合強度提上來了一些,但是疲勞壽命還遠遠不夠。

而最難解決的,還得是框架連線節點的結構應力集中問題。

遠航號框架不是一體成型的,必須分段製造再在軌組裝。

連線節點要承受整艦在加速、機動和姿態調整時的全部交變載荷,應力集中係數控制在一點五以下才能保證三十年的疲勞壽命。

這個問題如果解決不了,遠航號在外太空的反覆升降溫環境中,艙段連線就會成為整艘飛船最脆弱的環節。

韓熹他們已經用拓撲最佳化做了十幾版設計了,節點應力集中係數最低也才壓到了一點八就再也下不去了。

肖宿翻到工作日誌最後一頁,看到了韓熹寫的內容:“節點問題不解決,框架總裝無法啟動。”

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